JP5168898B2 - Rolling shaft - Google Patents

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Description

本発明は、相手部材である転動体に対して相対的に転動する転動軸に関する。   The present invention relates to a rolling shaft that rolls relative to a rolling element that is a counterpart member.

従来の遊星歯車装置のピニオンシャフトは、JIS鋼種SK5等で構成され、針状ころが転走する部分(転走面)には焼入れが施されて、ピニオンシャフトとして必要な硬さが付与されていた。また、潤滑不良等による剥離寿命が問題となる場合には、ピニオンシャフトはJIS鋼種SUJ2等で構成され、浸炭窒化処理等が施されて寿命が確保されていた。   The pinion shaft of the conventional planetary gear device is composed of JIS steel grade SK5 or the like, and the portion (rolling surface) where the needle roller rolls is hardened to give the necessary hardness as the pinion shaft. It was. Further, when the peeling life due to poor lubrication or the like becomes a problem, the pinion shaft is made of JIS steel type SUJ2 or the like, and is subjected to carbonitriding or the like to ensure the life.

近年、自動車の低燃費化の要求がますます強まっており、トランスミッションの小型化や高効率化が行われている。そのため、遊星歯車装置の回転速度が高まっているので、ピニオンシャフトに加わる荷重が増大し且つ温度が上昇し、さらに潤滑油量が減少する傾向となっており、ピニオンシャフトの寿命低下につながっている。
さらに、荷重の増大とともに温度も上昇しているため、ピニオンシャフトに塑性変形が発生しやすい。この変形により、針状ころとピニオンシャフトとの間の滑りが増大して軌道面の摩耗やピーリングが生じるという問題や、針状ころとピニオンシャフトとの接触がエッジロードになって早期剥離に至るという問題が生じるおそれがある。
In recent years, there has been an increasing demand for lower fuel consumption in automobiles, and transmissions are becoming smaller and more efficient. Therefore, since the rotational speed of the planetary gear device is increasing, the load applied to the pinion shaft increases, the temperature rises, and the amount of lubricating oil tends to decrease, leading to a reduction in the life of the pinion shaft. .
Furthermore, since the temperature increases as the load increases, plastic deformation is likely to occur in the pinion shaft. As a result of this deformation, slippage between the needle roller and the pinion shaft increases to cause wear and peeling of the raceway surface, and contact between the needle roller and the pinion shaft becomes an edge load, leading to early peeling. There is a risk of problems.

ピニオンシャフトの塑性変形は、ピニオンシャフトに負荷される荷重を緩和する方向に曲がりが生じる現象である。この塑性曲がりは、鋼に内在している残留オーステナイト量が多いほど大きくなる傾向がある。このため、塑性曲がりを抑制するためには、残留オーステナイト量を極力少なくすることが最も重要である。しかしながら、ピニオンシャフトの転走面の残留オーステナイト量が少ないと、転動疲労寿命が低下し、必要な耐久性が得られないおそれがある。   The plastic deformation of the pinion shaft is a phenomenon in which bending occurs in the direction of relaxing the load applied to the pinion shaft. This plastic bending tends to increase as the amount of retained austenite inherent in the steel increases. For this reason, in order to suppress plastic bending, it is most important to reduce the amount of retained austenite as much as possible. However, if the amount of retained austenite on the rolling surface of the pinion shaft is small, the rolling fatigue life is lowered, and the required durability may not be obtained.

また、遊星歯車装置に使用される転がり軸受は、高温,高速,軽荷重という条件で使用されることがあり、ピニオンシャフトの転走面に、潤滑油中に混入する硬質の異物の噛み込み等による圧痕を起点とする表面起点型剥離や、軽荷重下で生じやすいスミアリングが早期に発生し、軸受寿命を著しく低下させることがある。よって、SK5やSUJ2等の鋼でピニオンシャフトが構成されていると、高温,高速,軽荷重という条件下では十分な軸受寿命が得られない場合がある。   Rolling bearings used in planetary gear units are sometimes used under conditions of high temperature, high speed, and light load, and the pinion shaft rolling surface is filled with hard foreign matter mixed in the lubricating oil. Surface-origin-type delamination starting from an indentation due to or smearing that tends to occur under light load occurs early, and the bearing life may be significantly reduced. Therefore, if the pinion shaft is made of steel such as SK5 or SUJ2, a sufficient bearing life may not be obtained under conditions of high temperature, high speed, and light load.

さらに、遊星歯車装置に使用される転がり軸受は、高温,高荷重,高振動,潤滑不足という条件で使用されることがあり、転走面下の最大剪断応力位置に腐食されにくく光学顕微鏡で白く見える白色組織が生じる場合があり、転がり寿命を著しく低下させることがある。この破損原因となる組織変化は、局所的なメタルコンタクトにより潤滑油中の水素が分解し鋼中に侵入することに起因する。よって、SK5やSUJ2等の鋼でピニオンシャフトが構成されていると、高温,高荷重,高振動,潤滑不足という条件下では十分な軸受寿命が得られない場合がある。
特開2002−4003号公報 特開2005−291342号公報
In addition, rolling bearings used in planetary gear devices are sometimes used under conditions of high temperature, high load, high vibration, and insufficient lubrication, and are not easily corroded at the maximum shear stress position under the rolling surface, and are whitened with an optical microscope. Visible white texture may occur and the rolling life may be significantly reduced. The structural change that causes the damage is caused by hydrogen in the lubricating oil being decomposed by local metal contact and entering the steel. Therefore, if the pinion shaft is made of steel such as SK5 or SUJ2, a sufficient bearing life may not be obtained under the conditions of high temperature, high load, high vibration, and insufficient lubrication.
Japanese Patent Laid-Open No. 2002-4003 JP 2005-291342 A

特許文献1には、浸炭窒化を行った後に調質を行い、引き続き高周波焼入れを行うことにより、芯部の残留オーステナイト量を0体積%として、ピニオンシャフトの塑性曲がりを抑制する方法が開示されている。そして、表層部を高周波焼入れで硬化することにより、転動疲労寿命を向上させている。
しかしながら、特許文献1の実施例に例示されているSUJ2,S55C,SAC5160,SCr420等の鋼でピニオンシャフトが構成されていると、高速回転や潤滑剤の汚染及び供給不足に耐え得るだけの転動疲労寿命の確保が困難な場合や、使用条件によってはスミアリングや白色剥離が発生する場合があり、早期剥離のような不具合が生じることがある。また、高周波焼入れは、管理面やコスト面にも改善の余地がある。
Patent Document 1 discloses a method for suppressing plastic bending of a pinion shaft by performing tempering after carbonitriding and subsequently performing induction hardening so that the amount of retained austenite in the core is 0% by volume. Yes. And the rolling fatigue life is improved by hardening a surface layer part by induction hardening.
However, if the pinion shaft is made of steel such as SUJ2, S55C, SAC5160, and SCr420 exemplified in the embodiment of Patent Document 1, rolling that can withstand high-speed rotation, contamination of the lubricant, and insufficient supply When it is difficult to ensure the fatigue life, or depending on the use conditions, smearing or white peeling may occur, and problems such as early peeling may occur. In addition, induction hardening has room for improvement in terms of management and cost.

また、特許文献2には、平均残留オーステナイト量を8体積%以下として塑性曲がりを抑制する方法が開示されている。しかしながら、塑性曲がりを抑制するためには、平均残留オーステナイト量を規定するだけでは不十分である。例えば、平均残留オーステナイト量が同じであっても表層部の残留オーステナイト量と芯部の残留オーステナイト量との差が小さいと、表層部の塑性変形量(残留オーステナイトの分解)と芯部の塑性変形量(残留オーステナイトの分解)とが近い量となり、荷重や遠心力の除荷時にピニオンシャフトを元の形状に戻す力が小さくなるため、ピニオンシャフトの塑性曲がり量が大きくなる場合がある。
そこで、本発明は上記のような従来技術が有する問題点を解決し、高温下、潤滑不良下、異物混入下、又はスミアリングや白色組織の発生しやすい環境下で使用されても、塑性変形が生じにくく耐久性に優れた転動軸を提供することを課題とする。
Patent Document 2 discloses a method for suppressing plastic bending by setting the average retained austenite amount to 8% by volume or less. However, in order to suppress plastic bending, it is not sufficient to specify the average retained austenite amount. For example, even if the average amount of retained austenite is the same, if the difference between the amount of retained austenite in the surface layer and the amount of retained austenite in the core is small, the amount of plastic deformation in the surface layer (decomposition of retained austenite) and the plastic deformation in the core The amount (decomposition of retained austenite) is close to the amount, and the force to return the pinion shaft to the original shape when the load or centrifugal force is unloaded becomes small, so the amount of plastic bending of the pinion shaft may increase.
Therefore, the present invention solves the problems of the prior art as described above, and is plastically deformed even when used under high temperature, poor lubrication, contamination with foreign matter, or in an environment where smearing or white texture is likely to occur. It is an object of the present invention to provide a rolling shaft that is less likely to cause the occurrence of wear.

前記課題を解決するため、本発明は次のような構成からなる。すなわち、本発明に係る請求項1の転動軸は、相手部材である転動体に対して相対的に転動する転動軸において、下記の7つの条件を満足することを特徴とする。
条件1:炭素を0.3質量%以上0.5質量%以下、クロムを2質量%以上5質量%以下、モリブデンを0.1質量%以上1.5質量%以下、マンガンを0.1質量%以上1.5質量%以下、ケイ素を0.1質量%以上1.5質量%以下含有し、残部が鉄及び不可避的不純物である合金鋼で構成されている。
In order to solve the above problems, the present invention has the following configuration. That is, the rolling shaft according to the first aspect of the present invention is characterized in that the following seven conditions are satisfied in the rolling shaft that rolls relative to the rolling element as the counterpart member.
Condition 1: carbon is 0.3 mass% or more and 0.5 mass% or less, chromium is 2 mass% or more and 5 mass% or less, molybdenum is 0.1 mass% or more and 1.5 mass% or less, and manganese is 0.1 mass%. % To 1.5% by mass, silicon is contained in an amount of 0.1% to 1.5% by mass , and the balance is made of iron and alloy steel that is an inevitable impurity .

条件2:前記転動体と摺動する表面には、浸炭処理又は浸炭窒化処理と焼入れと焼戻しとが施され硬化されてなる表層部が形成されており、表面硬さHvが650以上900以下とされている。
条件3:前記表層部の残留オーステナイト量が5体積%以上45体積%以下である。 条件4:前記表層部の内側の芯部の残留オーステナイト量が5体積%以下である。
Condition 2: A surface layer portion formed by carburizing or carbonitriding, quenching and tempering and hardening is formed on the surface sliding with the rolling element, and the surface hardness Hv is 650 or more and 900 or less. Has been.
Condition 3: The amount of retained austenite in the surface layer portion is 5% by volume or more and 45% by volume or less. Condition 4: The amount of retained austenite in the core part inside the surface layer part is 5% by volume or less.

条件5:前記表層部の残留オーステナイト量は、前記芯部の残留オーステナイト量の6倍以上12.5倍以下である。
条件6:前記表層部の炭素濃度と窒素濃度との和が0.8質量%以上2質量%以下である。
条件7:170℃で100時間保持することによる寸法変化率が1.5×10 -4 以下である。
Condition 5: The amount of retained austenite in the surface layer portion is 6 to 12.5 times the amount of retained austenite in the core portion.
Condition 6: The sum of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the surface layer part is 0.8% by mass or more and 2% by mass or less.
Condition 7: The rate of dimensional change due to holding at 170 ° C. for 100 hours is 1.5 × 10 −4 or less.

本発明の転動軸は、高温下、潤滑不良下、異物混入下、又はスミアリングや白色組織の発生しやすい環境下で使用されても、塑性変形が生じにくく耐久性に優れている。   The rolling shaft of the present invention is excellent in durability because it hardly undergoes plastic deformation even when used under high temperatures, poor lubrication, contamination with foreign matter, or in an environment where smearing or white texture is likely to occur.

本発明に係る転動軸の実施の形態を、図面を参照して詳細に説明する。
図1に示す遊星歯車装置は、自動車用オートマチックトランスミッション等の遊星歯車機構に好適に使用されるものであり、図示しない軸が挿通されたサンギヤ1と、該サンギヤ1と同心に配されたリングギヤ2と、サンギヤ1及びリングギヤ2に噛み合いサンギヤ1の周りを公転する1個以上(図1においては3個)のピニオンギヤ3と、サンギヤ1及びリングギヤ2と同心に配されピニオンギヤ3を回転自在に支持するキャリヤ4と、を備えている。
An embodiment of a rolling shaft according to the present invention will be described in detail with reference to the drawings.
The planetary gear device shown in FIG. 1 is suitably used for a planetary gear mechanism such as an automatic transmission for automobiles, and includes a sun gear 1 through which a shaft (not shown) is inserted, and a ring gear 2 arranged concentrically with the sun gear 1. And one or more (three in FIG. 1) pinion gears 3 that mesh with the sun gear 1 and the ring gear 2 and revolve around the sun gear 1, and are arranged concentrically with the sun gear 1 and the ring gear 2 to rotatably support the pinion gear 3. And a carrier 4.

ピニオンギヤ3の中心穴には、かしめ等によりキャリヤ4に固定されたピニオンシャフト5(本発明の転動軸に相当する)が挿通されており、また、ピニオンシャフト5の外周面とピニオンギヤ3の内周面との間には図示されない複数の針状ころ(転動軸の相手部材である転動体に相当する)が転動自在に配されていて、これによりピニオンギヤ3はピニオンシャフト5を軸として回転自在とされている(ピニオンシャフト5が転がり軸受の内輪に相当する)。   A pinion shaft 5 (corresponding to the rolling shaft of the present invention) fixed to the carrier 4 by caulking or the like is inserted into the center hole of the pinion gear 3, and the outer peripheral surface of the pinion shaft 5 and the inside of the pinion gear 3 are inserted. A plurality of needle rollers (not shown) (corresponding to rolling elements that are mating members of the rolling shaft) are arranged so as to be able to roll between the peripheral surfaces, whereby the pinion gear 3 has the pinion shaft 5 as an axis. The pinion shaft 5 corresponds to the inner ring of the rolling bearing.

このピニオンシャフト5は、炭素を0.3質量%以上0.5質量%以下、クロムを2質量%以上5質量%以下、モリブデンを0.1質量%以上1.5質量%以下、マンガンを0.1質量%以上1.5質量%以下、ケイ素を0.1質量%以上1.5質量%以下含有する合金鋼で構成されている。ピニオンシャフト5には、浸炭処理又は浸炭窒化処理と焼入れと焼戻しとが施されているので、その外周面には硬化された表層部が形成されていて、表面硬さHvが650以上900以下とされている。よって、外周面のうち針状ころと摺動する部分(以降は転走面と記すこともある)も、硬化された表層部が形成されている。   This pinion shaft 5 has a carbon content of 0.3% to 0.5%, chromium content of 2% to 5%, molybdenum content of 0.1% to 1.5%, and manganese content of 0%. The alloy steel contains 0.1% by mass or more and 1.5% by mass or less and silicon by 0.1% by mass or more and 1.5% by mass or less. Since the pinion shaft 5 is subjected to carburizing or carbonitriding, quenching and tempering, a hardened surface layer portion is formed on the outer peripheral surface, and the surface hardness Hv is 650 to 900. Has been. Therefore, the hardened surface layer portion is also formed on the portion of the outer peripheral surface that slides with the needle rollers (hereinafter also referred to as a rolling surface).

そして、表層部の残留オーステナイト量は5体積%以上45体積%以下、該表層部の内側の芯部の残留オーステナイト量は5体積%以下となっていて、しかも表層部の残留オーステナイト量は芯部の残留オーステナイト量の6倍以上となっている。さらに、表層部の炭素濃度と窒素濃度との和は、0.8質量%以上2質量%以下となっている。   And the amount of retained austenite of the surface layer part is 5 volume% or more and 45 volume% or less, the amount of retained austenite of the core part inside the surface layer part is 5 volume% or less, and the amount of retained austenite of the surface layer part is the core part. The amount of retained austenite is 6 times or more. Further, the sum of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.8 mass% or more and 2 mass% or less.

このような構成の遊星歯車装置は、高温下、潤滑不良下、異物混入下、又はスミアリングや白色組織の発生しやすい環境下で使用されたとしても、ピニオンシャフト5に塑性変形が生じにくいので、耐久性に優れている。また、このようなピニオンシャフト5は、170℃で100時間保持しても変形が生じにくく、その寸法変化率は1.5×10-4以下である。このような寸法変化率であれば、高温下における寸法変化が抑制される。寸法変化率が1.5×10-4よりも大きいと、遊星歯車装置のピニオンシャフトの場合には、塑性曲がりによるエッジロード又は径の膨張や変形によるラジアル隙間の減少により、局所的に接触面圧が高くなり転動寿命が低下するおそれがある。 The planetary gear device having such a configuration is less likely to be plastically deformed in the pinion shaft 5 even when used in an environment where high temperatures, poor lubrication, foreign matter contamination, or smearing or white texture is likely to occur. Excellent durability. Further, such a pinion shaft 5 is not easily deformed even when held at 170 ° C. for 100 hours, and its dimensional change rate is 1.5 × 10 −4 or less. With such a dimensional change rate, a dimensional change at a high temperature is suppressed. When the dimensional change rate is larger than 1.5 × 10 −4, in the case of the pinion shaft of the planetary gear device, the contact surface is locally generated by edge load due to plastic bending or reduction of radial gap due to expansion or deformation of the diameter. There is a risk that the pressure will increase and the rolling life will decrease.

異物潤滑混入下における遊星歯車装置の転がり寿命の低下は、異物の噛み込みによって形成された圧痕の盛り上がり縁部における応力集中が原因とされる。ピニオンシャフトの表面硬さHvが650以上900以下であれば、針状ころの転走面の硬さが十分であり圧痕が形成されにくいので、異物混入下で使用されても長寿命である。表面硬さHvが650未満であると、硬さが不十分であるため圧痕が形成されるおそれがあり、900超過であると、焼入れ温度を高くする必要が生じるため、結晶粒径の粗大化により靱性が低下するおそれがある。   The decrease in the rolling life of the planetary gear device under the mixing of foreign matter is caused by stress concentration at the rising edge of the indentation formed by the biting of the foreign matter. When the surface hardness Hv of the pinion shaft is 650 or more and 900 or less, the rolling surface of the needle roller is sufficiently hard and an indentation is not easily formed, so that it has a long life even when used in the presence of foreign matter. If the surface hardness Hv is less than 650, indentation may be formed because the hardness is insufficient, and if it exceeds 900, it is necessary to increase the quenching temperature. As a result, the toughness may be reduced.

また、表層部の残留オーステナイト量が5体積%以上45体積%以下であると、上記のような応力集中が生じにくい。5体積%未満であると、表面疲労を緩和する応力集中の軽減効果が乏しく、疲労寿命が低下する。一方、45体積%超過であると、表面硬さが不十分となり耐摩耗性や耐表面疲労性が損なわれるおそれがある。このような不都合がより生じにくく、優れた疲労寿命が安定して得られるためには、表層部の残留オーステナイト量は10体積%以上40体積%以下であることがより好ましい。   Further, when the amount of retained austenite in the surface layer portion is 5% by volume or more and 45% by volume or less, stress concentration as described above hardly occurs. If it is less than 5% by volume, the effect of reducing the stress concentration that relieves surface fatigue is poor, and the fatigue life is reduced. On the other hand, if it exceeds 45% by volume, the surface hardness becomes insufficient and the wear resistance and surface fatigue resistance may be impaired. In order that such inconvenience is less likely to occur and an excellent fatigue life can be stably obtained, the amount of retained austenite in the surface layer portion is more preferably 10% by volume or more and 40% by volume or less.

さらに、残留オーステナイトは、荷重等の応力や熱が加わると、分解してフェライトとセメンタイトの混合物やマルテンサイトに変化するため、ピニオンシャフトに塑性変形が生じる。したがって、表層部の残留オーステナイト量を芯部の残留オーステナイト量の6倍以上とすれば、両残留オーステナイト量の差が大きく荷重や遠心力の除荷時にピニオンシャフトを元の形状に復元する力が大きくなるので、ピニオンシャフトの塑性曲がりを抑制することが可能である。   Further, the retained austenite is decomposed and changed into a mixture of ferrite and cementite or martensite when stress such as a load or heat is applied, so that plastic deformation occurs in the pinion shaft. Therefore, if the amount of retained austenite in the surface layer is 6 times or more than the amount of retained austenite in the core, the difference between the amounts of retained austenite is large, and the force to restore the pinion shaft to its original shape when the load or centrifugal force is unloaded. Since it becomes large, it is possible to suppress the plastic bending of the pinion shaft.

さらに、表層部に残留オーステナイトを存在させることにより転がり疲れ寿命が向上し、芯部の残留オーステナイト量を極力少なくすることによりピニオンシャフトの塑性曲がりが抑制される。芯部の残留オーステナイト量は5体積%以下である必要があり、0体積%であることがより好ましい。芯部の残留オーステナイト量を少なくするためには、熱処理の最終工程である焼戻しにおいて、処理温度を150℃以上300℃以下とすることが好ましい。焼戻し温度が高すぎると、表層部の残留オーステナイトが減少してしまい、転動寿命の低下を招くおそれがある。表層部の残留オーステナイト量を5体積%以上とするためには、焼戻し温度は270℃以下とすることがより好ましい。   Further, the presence of residual austenite in the surface layer portion improves the rolling fatigue life, and the amount of residual austenite in the core portion is reduced as much as possible to suppress the plastic bending of the pinion shaft. The amount of retained austenite in the core portion needs to be 5% by volume or less, and more preferably 0% by volume. In order to reduce the amount of retained austenite in the core, it is preferable to set the treatment temperature to 150 ° C. or more and 300 ° C. or less in the tempering as the final step of the heat treatment. If the tempering temperature is too high, the retained austenite in the surface layer portion is reduced, which may cause a reduction in rolling life. In order to make the amount of retained austenite in the surface layer portion 5% by volume or more, the tempering temperature is more preferably 270 ° C. or less.

さらに、表層部の炭素濃度と窒素濃度との和が0.8質量%以上2質量%以下であると、耐摩耗性,耐転がり疲労性,耐熱性が優れている。0.8質量%未満であると、耐摩耗性の向上に有効な炭窒化物の析出が不十分となり、耐摩耗性が低下するおそれがある。また、表層部の残留オーステナイト量が5体積%未満となって、転がり寿命の低下を引き起こすおそれがある。一方、2質量%超過であると、耐摩耗性の向上に対しては有利であるが、初析炭化物がネット状に発生して転がり寿命が低下したり、熱処理の生産性が低下したり、あるいは熱処理後の研削加工性が低下したりするおそれがある。また、Ms点が下がりすぎて残留オーステナイト量が45体積%超過となってしまい、その結果、表面硬さHvが650未満となるおそれがある。耐摩耗性,耐転がり疲労性,耐熱性等の性能をより高くするためには、表層部の炭素濃度と窒素濃度との和が1質量%以上1.8質量%以下であることが好ましい。   Furthermore, when the sum of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the surface layer portion is 0.8% by mass or more and 2% by mass or less, the wear resistance, rolling fatigue resistance, and heat resistance are excellent. If it is less than 0.8% by mass, the precipitation of carbonitride effective for improving the wear resistance becomes insufficient, and the wear resistance may be lowered. Moreover, the amount of retained austenite in the surface layer portion is less than 5% by volume, which may cause a reduction in rolling life. On the other hand, if it exceeds 2% by mass, it is advantageous for improving the wear resistance, but the pro-eutectoid carbide is generated in a net shape and the rolling life is reduced, the productivity of heat treatment is reduced, Or there exists a possibility that the grindability after heat processing may fall. Further, the Ms point is lowered too much and the amount of retained austenite exceeds 45% by volume, and as a result, the surface hardness Hv may be less than 650. In order to further improve performance such as wear resistance, rolling fatigue resistance, and heat resistance, the sum of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the surface layer portion is preferably 1% by mass or more and 1.8% by mass or less.

ここで、合金鋼に含有される合金成分の含有量の臨界的意義について説明する。
〔炭素の含有量について〕
炭素(C)は、基地に固溶して焼入れ,焼戻し後の硬さを向上させて強度を向上させるとともに、鉄,クロム,モリブデン,バナジウム等の炭化物形成元素と結合して炭化物を形成し耐摩耗性を高める作用を有する元素である。耐転がり疲労性に必要な硬さを得るために行う浸炭窒化処理の時間が長くなるとコストアップを招くことから、処理時間の短縮のために、炭素の含有量は0.3質量%以上である必要がある。ただし、0.5質量%超過であると、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成されやすくなり、転動寿命や強度が低下する場合がある。また、鍛造性,冷間加工性,被削性が低下して、加工コストの上昇を招く場合がある。
Here, the critical significance of the content of the alloy component contained in the alloy steel will be described.
[Carbon content]
Carbon (C) is solid-solved in the base to improve the hardness after quenching and tempering to improve the strength and combine with carbide-forming elements such as iron, chromium, molybdenum, vanadium to form carbides and resist It is an element that has the effect of increasing wear. If the time of carbonitriding performed to obtain the hardness required for rolling fatigue resistance is increased, the cost is increased, so that the carbon content is 0.3% by mass or more in order to shorten the processing time. There is a need. However, if it exceeds 0.5% by mass, coarse eutectic carbides are likely to be produced during steelmaking, and the rolling life and strength may decrease. In addition, forgeability, cold workability, and machinability may decrease, resulting in an increase in processing cost.

〔クロムの含有量について〕
クロム(Cr)は、基地に固溶して焼入れ性,焼戻し軟化抵抗性,耐食性,及び転動寿命を高める作用を有する元素である。また、炭素,窒素等の侵入型固溶元素を実質的に動きにくくして基地の組織を安定化し、水素侵入時の寿命低下を大幅に抑制する作用も有している。さらに、合金鋼中に微細に分布する炭化物が、より高硬度の(Fe,Cr)3 C、(Fe,Cr)7 3 、(Fe,Cr)236 等の炭化物からなるために、耐摩耗性を高める作用も有している。さらに、残留オーステナイトが熱により分解しにくくなり、結果として塑性変形し難い。
[Chromium content]
Chromium (Cr) is an element having a function of improving the hardenability, temper softening resistance, corrosion resistance, and rolling life by dissolving in a matrix. It also has the effect of stabilizing the base structure by making it difficult for movement of interstitial solid solution elements such as carbon and nitrogen to greatly reduce the lifespan during hydrogen intrusion. Furthermore, since the carbide finely distributed in the alloy steel is composed of carbides such as (Fe, Cr) 3 C, (Fe, Cr) 7 C 3 , (Fe, Cr) 23 C 6 and the like having higher hardness, It also has the effect of increasing wear resistance. Further, the retained austenite is not easily decomposed by heat, and as a result, plastic deformation is difficult.

合金鋼中のクロムの含有量が2質量%未満であると、前述の作用が十分に得られない場合があり、5質量%を超えると、冷間加工性,被削性,浸炭窒化性が低してコストの上昇を招くおそれがある。さらに、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成されやすくなり、転動寿命や強度が低下する場合がある。   If the chromium content in the alloy steel is less than 2% by mass, the above-mentioned effects may not be obtained sufficiently. If it exceeds 5% by mass, cold workability, machinability and carbonitriding will There is a risk of lowering the cost. Furthermore, coarse eutectic carbides are likely to be generated during steelmaking, and the rolling life and strength may be reduced.

〔モリブデンの含有量について〕
モリブデン(Mo)は、クロムと同様に基地に固溶して焼入れ性,焼戻し軟化抵抗性,耐食性,及び転動寿命を高める作用を有する元素である。また、クロムと同様に炭素,窒素等の侵入型固溶元素を実質的に動きにくくして基地の組織を安定化し、水素侵入時の寿命低下を大幅に抑制する作用も有している。さらに、合金鋼中に微細に分布する炭化物が、より高硬度のモリブデンの炭化物等からなるために、耐摩耗性を高める作用も有している。
[Molybdenum content]
Molybdenum (Mo) is an element having the effect of increasing the hardenability, temper softening resistance, corrosion resistance, and rolling life by solid solution in the base like chromium. In addition, like chromium, interstitial solid solution elements such as carbon and nitrogen are made substantially difficult to move to stabilize the base structure, and have the effect of greatly suppressing the decrease in life at the time of hydrogen intrusion. Furthermore, since the carbide finely distributed in the alloy steel is made of a carbide of molybdenum having a higher hardness, it also has an effect of improving wear resistance.

合金鋼中のモリブデンの含有量が0.1質量%未満であると、前述の作用が十分に得られない場合があり、1.5質量%を超えると、冷間加工性,被削性が低してコストの上昇を招くおそれがある。さらに、製鋼時に粗大な共晶炭化物が生成されやすくなり、転動寿命や強度が低下する場合がある。   If the molybdenum content in the alloy steel is less than 0.1% by mass, the above-mentioned effects may not be sufficiently obtained. If the content exceeds 1.5% by mass, cold workability and machinability are obtained. There is a risk of lowering the cost. Furthermore, coarse eutectic carbides are likely to be generated during steelmaking, and the rolling life and strength may be reduced.

〔マンガンの含有量について〕
マンガン(Mn)は、製鋼時に脱酸剤として作用する元素であり、0.1質量以上添加する必要がある。また、クロムと同様に基地に固溶してMs点を降下させて、多量の残留オーステナイトを確保したり、焼入れ性を高める作用を有している。ただし、多量に添加すると、冷間加工性,被削性が低下するだけでなく、マルテンサイト変態開始温度が低下して、浸炭窒化後に多量の残留オーステナイトが残存し十分な硬さが得られない場合がある。
[About manganese content]
Manganese (Mn) is an element that acts as a deoxidizer during steelmaking, and it is necessary to add 0.1 mass or more. Moreover, it has the effect | action which solid-dissolves to a base | substrate similarly to chromium, and lowers Ms point, ensures a large amount of retained austenite, or improves hardenability. However, if added in a large amount, not only the cold workability and machinability are lowered, but also the martensitic transformation start temperature is lowered, and a large amount of retained austenite remains after carbonitriding and sufficient hardness cannot be obtained. There is a case.

〔ケイ素の含有量について〕
ケイ素(Si)は、マンガンと同様に製鋼時に脱酸剤として作用する元素であり、0.1質量以上添加する必要がある。また、クロム,マンガンと同様に焼入れ性を向上させるとともに、基地のマルテンサイト化や残留オーステナイトの安定化を促進し、軸受寿命の向上に有効な元素である。さらに、焼戻し軟化抵抗性を高める作用も有している。ただし、多量に添加すると、鍛造性,冷間加工性,被削性,及び浸炭処理性が低下する場合がある。
[About silicon content]
Silicon (Si) is an element that acts as a deoxidizing agent during steelmaking, like manganese, and it is necessary to add 0.1 mass or more. Moreover, it is an element effective in improving the bearing life by improving the hardenability as well as chromium and manganese, and promoting the martensitic transformation of the base and the stabilization of retained austenite. Furthermore, it has the effect | action which raises temper softening resistance. However, if it is added in a large amount, forgeability, cold workability, machinability, and carburizing property may deteriorate.

なお、本実施形態は本発明の一例を示したものであって、本発明は本実施形態に限定されるものではない。例えば、本実施形態においては、遊星歯車装置のピニオンシャフトを例示して説明したが、本発明の転動軸は他の種類の様々な転がり軸受の内輪に相当する部材として適用することができる。   In addition, this embodiment shows an example of this invention and this invention is not limited to this embodiment. For example, in the present embodiment, the pinion shaft of the planetary gear device has been described as an example. However, the rolling shaft of the present invention can be applied as a member corresponding to an inner ring of various other types of rolling bearings.

〔実施例〕
以下に実施例を示して、本発明をさらに具体的に説明する。以下のような方法により、上記の実施形態におけるピニオンシャフト5とほぼ同様の構成のピニオンシャフトを製造し、転動疲労寿命試験,白色剥離寿命試験,スミアリング試験,寸法安定性試験,及び塑性曲がり測定を行った。
〔Example〕
The present invention will be described more specifically with reference to the following examples. A pinion shaft having substantially the same configuration as the pinion shaft 5 in the above embodiment is manufactured by the following method, and a rolling fatigue life test, a white peeling life test, a smearing test, a dimensional stability test, and a plastic bending are performed. Measurements were made.

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ここで、各種試験に用いるピニオンシャフトの製造方法を説明する。ピニオンシャフトの素材には、表1に示すような組成を有する12種の合金鋼を用いた。この合金鋼からなる線材に、旋削加工,熱処理,外径粗研削,外径仕上げ研削,及び超仕上げ研削を施して、直径14.17mm、長さ70mmのピニオンシャフトを得た。得られたピニオンシャフトの性状、すなわち表層部の硬さHv及び残留オーステナイト量、芯部の硬さHv及び残留オーステナイト量、表層部の残留オーステナイト量と芯部の残留オーステナイト量との比、並びに表層部の炭素濃度と窒素濃度との和を、表2,3に示す。また、熱処理のうち後述する最後の焼戻しの処理温度を、表2,3に併せて示す。   Here, the manufacturing method of the pinion shaft used for various tests is demonstrated. As the material for the pinion shaft, 12 kinds of alloy steels having the compositions shown in Table 1 were used. The wire made of the alloy steel was subjected to turning, heat treatment, outer diameter rough grinding, outer diameter finishing grinding, and superfinishing grinding to obtain a pinion shaft having a diameter of 14.17 mm and a length of 70 mm. Properties of the obtained pinion shaft, that is, the hardness Hv and the retained austenite amount of the surface layer portion, the hardness Hv and the retained austenite amount of the core portion, the ratio of the retained austenite amount of the surface layer portion and the retained austenite amount of the core portion, and the surface layer Tables 2 and 3 show the sum of the carbon concentration and the nitrogen concentration in parts. Moreover, the process temperature of the last tempering mentioned later among heat processing is combined with Table 2, 3, and is shown.

Figure 0005168898
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熱処理の内容及び条件は以下の通りである。合金鋼製の線材を旋削加工することにより得た円柱状部材に、820〜980℃で3〜5時間浸炭窒化処理を施した後に、150〜200℃,1.5時間の条件で焼戻しを施した。この浸炭窒化処理は、RXガス,エンリッチガス,アンモニアガスを含有する雰囲気下で行った。次に、860〜950℃,0.5時間の条件で焼入れを施し、最後に150〜300℃,1.5時間の条件で焼戻しを施した。なお、比較例10については、浸炭窒化処理は施しておらず、熱処理の内容はズブ焼入れ及び最後の焼戻しのみである。また、組織の安定化のためには、浸炭窒化処理と焼入れとの間においてA1 変態点よりも低い温度に冷却することが好ましい。 The contents and conditions of the heat treatment are as follows. A cylindrical member obtained by turning an alloy steel wire is subjected to carbonitriding at 820 to 980 ° C. for 3 to 5 hours, and then tempered at 150 to 200 ° C. for 1.5 hours. did. This carbonitriding process was performed in an atmosphere containing RX gas, enriched gas, and ammonia gas. Next, quenching was performed under the conditions of 860 to 950 ° C. and 0.5 hours, and finally tempering was performed under the conditions of 150 to 300 ° C. and 1.5 hours. In addition, about the comparative example 10, the carbonitriding process is not performed, and the content of the heat processing is only a submerged quenching and the last tempering. In order to stabilize the structure, it is preferable to cool to a temperature lower than the A 1 transformation point between carbonitriding and quenching.

〔転動疲労寿命試験について〕
ピニオンシャフトを日本精工株式会社製のプラネタリニードル試験機に装着した。すなわち、ピニオンギアの中心穴にピニオンシャフトを挿通し、ピニオンシャフトの外周面とピニオンギヤの内周面との間に、複数の針状ころを転動自在に介装した。これにより、ピニオンギヤはピニオンシャフトを軸として回転自在とされる。この針状ころは、高炭素クロム鋼(SUJ2)製であり、その寸法は直径2.5mm、長さ24.8mmである。また、針状ころは、JIS鋼種SCM415製の保持器で保持されてケージアンドローラとされている。なお、保持器には浸炭窒化処理が施されている。
[Rolling fatigue life test]
The pinion shaft was attached to a planetary needle testing machine manufactured by NSK Ltd. That is, the pinion shaft is inserted into the center hole of the pinion gear, and a plurality of needle rollers are interposed between the outer peripheral surface of the pinion shaft and the inner peripheral surface of the pinion gear so as to roll freely. As a result, the pinion gear is rotatable about the pinion shaft. This needle roller is made of high carbon chrome steel (SUJ2), and its dimensions are 2.5 mm in diameter and 24.8 mm in length. Further, the needle rollers are held by a cage made of JIS steel type SCM415 to form a cage and roller. The cage is carbonitrided.

そして、下記のような条件で回転試験を行い、ピニオンシャフト,ピニオンギア,針状ころのうち少なくとも一つが破損した時点で寿命に至ったとし、それまでの回転時間を転動疲労寿命とした。結果を表4,5に示す。なお、表4,5の転動疲労寿命は、比較例10の転動疲労寿命を1とした場合の相対値で示してある。また、ピニオンシャフト,ピニオンギア,針状ころのうちどの部材が最も破損しやすいか予備試験を行い、ピニオンシャフトが最も破損しやすいことを確認した後に回転試験を行っている。   Then, a rotation test was performed under the following conditions, and it was determined that at least one of the pinion shaft, the pinion gear, and the needle roller had reached the end of its life, and the rotation time until that time was defined as the rolling fatigue life. The results are shown in Tables 4 and 5. In addition, the rolling fatigue life of Tables 4 and 5 is shown as a relative value when the rolling fatigue life of Comparative Example 10 is 1. In addition, a preliminary test is performed to determine which member of the pinion shaft, pinion gear, and needle roller is most likely to be damaged, and a rotation test is performed after confirming that the pinion shaft is most easily damaged.

・基本動定格荷重C :15500N
・基本静定格荷重C0 :16700N
・ラジアル荷重 :5000N
・ピニオンギアの自転速度:10000min-1
・計算寿命L10 :72.4時間
・潤滑油の種類 :オートマチックトランスミッションフルード
・潤滑油の供給量 :30ml/min
・潤滑油の温度 :120℃
・ Basic dynamic load rating C: 15500N
・ Basic static load rating C 0 : 16700N
・ Radial load: 5000N
-Spinning speed of pinion gear: 10000 min -1
- calculated life L 10: 72.4 hours, lubricants Type: supply of automatic transmission fluid, lubricating oil: 30 ml / min
Lubricating oil temperature: 120 ° C

Figure 0005168898
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表4.5から分かるように、実施例1〜12は比較例1〜10と比べて転動疲労寿命が優れていた。比較例1は、表層部の残留オーステナイト量が少なく、表面疲労を緩和する応力集中軽減効果が不十分であるため、転動疲労寿命が短かった。比較例2は、表層部の残留オーステナイト量が多すぎて表面硬さがHv650未満であるため、転走面に圧痕が形成される場合があった。   As can be seen from Table 4.5, Examples 1 to 12 were superior in rolling fatigue life compared to Comparative Examples 1 to 10. Comparative Example 1 had a short rolling fatigue life because the amount of retained austenite in the surface layer portion was small and the effect of reducing stress concentration to relieve surface fatigue was insufficient. In Comparative Example 2, since the amount of retained austenite in the surface layer portion is too large and the surface hardness is less than Hv650, indentations may be formed on the rolling surface.

比較例3は、表層部の残留オーステナイト量と芯部の残留オーステナイト量との比が前述の条件を満足していないため、ピニオンシャフトの塑性曲がりが大きくなり転動疲労寿命が短くなった。比較例4は、芯部の残留オーステナイト量が多すぎるため、塑性曲がりが大きくなり転動疲労寿命が短かった。比較例5は、表層部の炭素濃度と窒素濃度との和が低いため、耐摩耗性,耐転がり疲労性,耐熱性が不十分となって、転動疲労寿命が短くなった。   In Comparative Example 3, since the ratio of the amount of retained austenite in the surface layer portion and the amount of retained austenite in the core portion did not satisfy the above-described conditions, the plastic bending of the pinion shaft was increased and the rolling fatigue life was shortened. In Comparative Example 4, since the amount of retained austenite in the core part was too large, the plastic bending became large and the rolling fatigue life was short. In Comparative Example 5, since the sum of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the surface layer portion was low, the wear resistance, rolling fatigue resistance, and heat resistance were insufficient, and the rolling fatigue life was shortened.

比較例6は、合金鋼の炭素の含有量が多く、芯部の残留オーステナイト量が多いため、塑性曲がりに起因して転動疲労寿命が短くなった。比較例7は、合金鋼のクロムの含有量が少ないため、クロム炭化物による耐摩耗性が不十分となり、転動疲労寿命が短くなった。比較例8は、合金鋼のマンガンの含有量が少ないため、Ms点が降下して表層部の残留オーステナイト量が少なくなった。そのため、表面疲労を緩和する応力集中軽減効果が不十分となり、転動疲労寿命が短くなった。   In Comparative Example 6, the alloy steel had a high carbon content and the core portion had a large amount of retained austenite, so that the rolling fatigue life was shortened due to plastic bending. In Comparative Example 7, since the chromium content of the alloy steel was small, the wear resistance due to chromium carbide was insufficient, and the rolling fatigue life was shortened. In Comparative Example 8, since the manganese content of the alloy steel was small, the Ms point decreased and the amount of retained austenite in the surface layer portion decreased. For this reason, the stress concentration reducing effect to relieve surface fatigue is insufficient, and the rolling fatigue life is shortened.

比較例9は、合金鋼のモリブデンの含有量が少ないため、モリブデン炭化物による耐摩耗性が不十分となり、転動疲労寿命が短くなった。比較例10は、SUJ2にズブ焼入れを施して製造したピニオンシャフトであるが、素材の耐転動疲労性が不十分であることと、表層部及び芯部の残留オーステナイト量により塑性曲がりや寸法変化(膨張)が大きいことにより、転動疲労寿命が短かった。   In Comparative Example 9, since the molybdenum content of the alloy steel was small, the wear resistance due to molybdenum carbide was insufficient, and the rolling fatigue life was shortened. Comparative Example 10 is a pinion shaft manufactured by subjecting SUJ2 to quench hardening. However, the bending fatigue resistance of the material is insufficient, and the amount of retained austenite in the surface layer and core portion causes plastic bending and dimensional changes. Due to the large (expansion), the rolling fatigue life was short.

〔白色剥離寿命試験について〕
下記のようにラジアル荷重等の条件が異なる以外は前述した転動疲労寿命試験と同様にして回転試験を行い、ピニオンシャフト,ピニオンギア,針状ころのうち少なくとも一つに白色剥離が発生した時点で寿命に至ったとし、それまでの回転時間を白色剥離寿命とした。結果を表4,5に示す。
・ラジアル荷重:8000N
・計算寿命L10:15.1時間
[About white peel life test]
When a rotation test is performed in the same manner as the rolling fatigue life test described above except that the radial load and other conditions are different as described below, and when white peeling occurs on at least one of the pinion shaft, pinion gear, and needle roller The rotation time up to that time was defined as the white peeling life. The results are shown in Tables 4 and 5.
・ Radial load: 8000N
・ Calculated life L 10 : 15.1 hours

なお、表4,5の白色剥離寿命は、比較例10の白色剥離寿命を1とした場合の相対値で示してある。また、ピニオンシャフト,ピニオンギア,針状ころのうちどの部材に白色剥離が最も発生しやすいか予備試験を行い、ピニオンシャフトが最も発生しやすいことを確認した後に回転試験を行っている。
表4.5から分かるように、実施例1〜12は比較例10と比べて白色剥離寿命が優れていた。
In addition, the white peeling lifetime of Tables 4 and 5 is shown as a relative value when the white peeling lifetime of Comparative Example 10 is 1. In addition, a preliminary test is performed to determine which member of the pinion shaft, pinion gear, and needle roller is most likely to cause white separation, and a rotation test is performed after confirming that the pinion shaft is most likely to occur.
As can be seen from Table 4.5, Examples 1 to 12 were superior in white peel life as compared to Comparative Example 10.

〔スミアリング試験について〕
ピニオンシャフトを日本精工株式会社製のプラネタリニードル試験機に装着した。すなわち、ピニオンギアの中心穴にピニオンシャフトを挿通し、ピニオンシャフトの外周面とピニオンギヤの内周面との間に、複数の針状ころを転動自在に介装した。これにより、ピニオンギヤはピニオンシャフトを軸として回転自在とされる。この針状ころは、高炭素クロム鋼(SUJ2)製であり、その寸法は直径2.62mm、長さ24.8mmである。また、針状ころを保持する保持器は用いておらず、総ころ形式である。
[About smearing test]
The pinion shaft was attached to a planetary needle testing machine manufactured by NSK Ltd. That is, the pinion shaft is inserted into the center hole of the pinion gear, and a plurality of needle rollers are interposed between the outer peripheral surface of the pinion shaft and the inner peripheral surface of the pinion gear so as to roll freely. As a result, the pinion gear is rotatable about the pinion shaft. This needle roller is made of high carbon chrome steel (SUJ2), and its dimensions are 2.62 mm in diameter and 24.8 mm in length. Moreover, the retainer which hold | maintains a needle roller is not used, but is a full roller type.

そして、下記のような条件で100時間回転させ、ピニオンシャフトにスミアリングが発生しているか否かを確認した。結果を表4,5に示す。その結果、実施例1〜12の場合はスミアリングは発生しなかった。
・基本動定格荷重C :24400N
・基本静定格荷重C0 :29600N
・ラジアル荷重 :500N
・ピニオンギアの自転速度:10000min-1
・計算寿命L10 :70万時間
・P/C(P:動等価荷重、C:基本動定格荷重) :0.02
・潤滑油の種類 :オートマチックトランスミッションフルード
・潤滑油の供給量 :10ml/min
・潤滑油の温度 :120℃
And it rotated for 100 hours on the following conditions, and it was confirmed whether smearing had generate | occur | produced in the pinion shaft. The results are shown in Tables 4 and 5. As a result, smearing did not occur in Examples 1-12.
・ Basic dynamic load rating C: 24400N
・ Basic static load rating C 0 : 29600N
・ Radial load: 500N
-Spinning speed of pinion gear: 10000 min -1
- calculated life L 10: 70 million hours · P / C (P: dynamic equivalent load, C: basic dynamic load rating): 0.02
・ Lubricant type: Automatic transmission fluid ・ Lubricant supply amount: 10 ml / min
Lubricating oil temperature: 120 ° C

〔寸法安定性試験について〕
ピニオンシャフトを170℃で100時間保持した後に寸法を測定し、保持前後の寸法から寸法変化率を算出した。結果を表4,5に示す。この結果から、実施例1〜12は比較例10と比べて寸法安定性が良好であることが分かる。
[Dimensional stability test]
The dimensions were measured after holding the pinion shaft at 170 ° C. for 100 hours, and the dimensional change rate was calculated from the dimensions before and after holding. The results are shown in Tables 4 and 5. From this result, it can be seen that Examples 1 to 12 have better dimensional stability than Comparative Example 10.

〔塑性曲がり測定について〕
サーフコム形状測定機を用いて、前述の転動疲労寿命試験を終えた後のピニオンシャフトの曲がり量を測定した。測定値は、ピニオンシャフトの両端部を結ぶ線と該線から最も離れた部分との間の荷重負荷方向(ピニオンシャフトの軸方向に垂直な方向)の距離である。結果を表4,5に示す。
[About plastic bending measurement]
Using a surfcom shape measuring machine, the amount of bending of the pinion shaft after the above-described rolling fatigue life test was measured. The measured value is a distance in a load application direction (a direction perpendicular to the axial direction of the pinion shaft) between a line connecting both ends of the pinion shaft and a portion farthest from the line. The results are shown in Tables 4 and 5.

芯部の残留オーステナイト量が少ないほど、また表層部の残留オーステナイト量と芯部の残留オーステナイト量との比が大きいほど、塑性曲がりが小さい傾向があるが、転動疲労寿命試験における回転時間がそれぞれ異なるので、単純な比較はできない。
そこで、実施例1と比較例3に着目すると、実施例1の方が表層部の残留オーステナイト量が多い(芯部の残留オーステナイト量は同じ)。また、転動疲労寿命試験における回転時間が2倍以上であるが、前述の残留オーステナイト量の比は実施例1の方が大きい。これらのことから、塑性曲がりは実施例1の方が小さくなったと思われる。
The smaller the amount of retained austenite in the core part and the larger the ratio of the retained austenite amount in the surface layer part and the retained austenite amount in the core part, the smaller the plastic bending tends to be. Because they are different, a simple comparison is not possible.
Therefore, focusing on Example 1 and Comparative Example 3, Example 1 has a larger amount of retained austenite in the surface layer portion (the amount of retained austenite in the core portion is the same). Moreover, although the rotation time in a rolling fatigue life test is 2 times or more, Example 1 has a larger ratio of the above-mentioned residual austenite amount. From these facts, the plastic bending seems to be smaller in Example 1.

また、比較例3と比較例4に着目すると、転動疲労寿命試験における回転時間はほぼ同じで、表層部及び芯部の残留オーステナイト量は比較例4の方が多い。また、前述の残留オーステナイト量の比も比較例4の方が大きい。これらのことから、塑性曲がりは同程度となったと思われる。
比較例6,10のように、前述の残留オーステナイト量の比が6未満で、且つ芯部の残留オーステナイト量が多いと、塑性曲がりは著しく大きくなることが分かる。
When attention is paid to Comparative Example 3 and Comparative Example 4, the rotation time in the rolling fatigue life test is almost the same, and the amount of retained austenite in the surface layer portion and the core portion is larger in Comparative Example 4. Further, the ratio of the amount of retained austenite is larger in Comparative Example 4. From these facts, it seems that the plastic bending is almost the same.
As in Comparative Examples 6 and 10, it can be seen that when the ratio of the retained austenite amount is less than 6 and the retained austenite amount in the core is large, the plastic bending is remarkably increased.

本発明の転動軸の一実施形態であるピニオンシャフトを備えた遊星歯車装置の分解斜視図である。It is a disassembled perspective view of the planetary gear apparatus provided with the pinion shaft which is one Embodiment of the rolling shaft of this invention.

符号の説明Explanation of symbols

1 サンギヤ
2 リングギヤ
3 ピニオンギヤ
4 キャリヤ
5 ピニオンシャフト
1 Sun Gear 2 Ring Gear 3 Pinion Gear 4 Carrier 5 Pinion Shaft

Claims (1)

相手部材である転動体に対して相対的に転動する転動軸において、下記の7つの条件を満足することを特徴とする転動軸。
条件1:炭素を0.3質量%以上0.5質量%以下、クロムを2質量%以上5質量%以下、モリブデンを0.1質量%以上1.5質量%以下、マンガンを0.1質量%以上1.5質量%以下、ケイ素を0.1質量%以上1.5質量%以下含有し、残部が鉄及び不可避的不純物である合金鋼で構成されている。
条件2:前記転動体と摺動する表面には、浸炭処理又は浸炭窒化処理と焼入れと焼戻しとが施され硬化されてなる表層部が形成されており、表面硬さHvが650以上900以下とされている。
条件3:前記表層部の残留オーステナイト量が5体積%以上45体積%以下である。 条件4:前記表層部の内側の芯部の残留オーステナイト量が5体積%以下である。
条件5:前記表層部の残留オーステナイト量は、前記芯部の残留オーステナイト量の6倍以上12.5倍以下である。
条件6:前記表層部の炭素濃度と窒素濃度との和が0.8質量%以上2質量%以下である。
条件7:170℃で100時間保持することによる寸法変化率が1.5×10 -4 以下である。
A rolling shaft that rolls relatively with respect to a rolling element that is a counterpart member, wherein the following seven conditions are satisfied :
Condition 1: carbon is 0.3 mass% or more and 0.5 mass% or less, chromium is 2 mass% or more and 5 mass% or less, molybdenum is 0.1 mass% or more and 1.5 mass% or less, and manganese is 0.1 mass%. % To 1.5% by mass, silicon is contained in an amount of 0.1% to 1.5% by mass , and the balance is made of iron and alloy steel that is an inevitable impurity .
Condition 2: A surface layer portion formed by carburizing or carbonitriding, quenching and tempering and hardening is formed on the surface sliding with the rolling element, and the surface hardness Hv is 650 or more and 900 or less. Has been.
Condition 3: The amount of retained austenite in the surface layer portion is 5% by volume or more and 45% by volume or less. Condition 4: The amount of retained austenite in the core part inside the surface layer part is 5% by volume or less.
Condition 5: The amount of retained austenite in the surface layer portion is 6 to 12.5 times the amount of retained austenite in the core portion.
Condition 6: The sum of the carbon concentration and the nitrogen concentration in the surface layer part is 0.8% by mass or more and 2% by mass or less.
Condition 7: The rate of dimensional change due to holding at 170 ° C. for 100 hours is 1.5 × 10 −4 or less.
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